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1、第四章 制冷热交换器,在蒸气压缩式制冷装置中压缩机作为主机一类是主要设备：冷凝器、蒸发器、节流机构等，这些是完成制冷循环必不可少的设备；另一类是辅助设备：各种贮存、分离和安全保护等设备，这些设备的作用是改善制冷系统的工作条件，提高系统运行的经济性和安全可靠性。,第一节 冷凝器,冷凝器的作用：是将压缩机排出的高温、高压制冷剂过热蒸气冷却及冷凝成液体。制冷剂在冷凝器中放出的热量由冷却介质（水或空气）带走。,一、冷凝器的分类,水冷式冷凝器,冷凝器中制冷剂放出的热量被冷却水带走。冷却水可以一次流过，也可以循环使用。当循环使用时，需设置冷却塔或冷却水池。水冷式冷凝器分为壳管式、套管式、板式、螺旋板式等几
2、种类型。,空气冷却式冷凝器,通常，空气冷却式冷凝器也叫风冷式冷凝器。空气在冷凝器管外流动，冷凝器中制冷剂放出的热量被空气带走，制冷剂在管内冷凝。这类冷凝器中有自然对流空气冷却式冷凝器和强制对流空气冷却式冷凝器。,水和空气联合冷却式冷凝器,冷凝器中制冷剂放出的热量同时由冷却水和空气带走，冷却水在管外喷淋蒸发时，吸收气化潜热，使管内制冷剂冷却和冷凝。因此耗水量少。这类冷凝器中有淋水式冷凝器和蒸发式冷凝器两种类型。,二、冷凝器的结构,水冷式冷凝器,立式壳管式冷凝器,卧式壳管式冷凝器,套管式冷凝器,图42 分水器结构,图41 立式壳管式冷凝器,返回,图43 氨用卧式壳管式冷凝器,图44 氟用卧式壳管式
3、冷凝器,返回,卧式壳管式冷凝器 Closed Shell and Tube Condenser,一、冷凝器,1.船用冷凝器的构造Structure,图46 氨用套管式冷凝器,d),图47 氟用套管式冷凝器a）顶视图 b）侧视图 c）管断面图,水和空气联合冷却式冷凝器,淋水式冷凝器,蒸发式冷凝器,图48 横管淋水式冷凝器,返回,图49 吸风式蒸发式冷凝器1风机及电机 2挡水板 3喯淋管 4冷却管组 5箱体6进风格栅 7水箱 8水泵,图410 鼓风式蒸发式冷凝器,空气冷却式冷凝器,自然对流空气冷却式冷凝器,强制对流空气冷却式冷凝器,图411 自然对流空气冷却式冷凝器a）线管式冷凝器 b）百页窗式冷
4、凝器 c）板管式冷凝器,返回,图412 强制对流空气冷却式冷凝器,三、冷凝器的选择和计算,冷凝器选择计算的目的：是通过热力计算和传热计算，确定其传热面积，从而选用合适的冷凝器，以及通过流体动力计算，确定冷却介质的流量和流过冷凝器的阻力损失，从而选择泵或风机的容量及功率。,冷凝器选择计算,冷凝器的选择计算包括确定冷凝器的传热面积、冷却介质流量及冷却介质在冷凝器中的流动阻力损失。,冷凝器传热面积的确定：,1）冷凝器热负荷Qk。这是指制冷剂蒸气在冷凝器中排放出的总热量，kW。一般情况下，它包括制冷剂在蒸发器中吸收的热量及在压缩过程中所获得的机械功所转换的热量。可用下式表示：,式中：Qk冷凝器在计算工
5、况下的热负荷（kW）；Qo压缩机在计算工况下的制冷量（kW）；Pi压缩机在计算工况下的消耗功率（kW）。,（41）,冷凝器热负荷也可按制冷循环的热力计算确定，即,（42）,式中：G制冷剂的质量流量（kgs）；h2制冷剂进入冷凝器的比焓（kJkg）；h3制冷剂出冷凝器的比焓（kJkg）。,图413 冷凝器负荷系数a）氨系统 b）卤代烃系统,对单级压缩制冷循环，冷凝器热负荷Qk也可按下式近似计算：,（43）,式中：冷凝器负荷系数，其值与制冷剂种类及运行工况有关，具体数值可由图42查得。,2）冷凝器传热系数K（kW/m2）。各类冷凝器的传热系数和热流密度qf（kW/m2）的推荐值见表42。,3）传热
6、温差tm。可按下式计算：,（44）,式中：t1冷却介质进口温度，；t2冷却介质出口温度，；tk冷凝温度，。传热温差也可按表42推荐值选取。,4）冷凝器传热面积A（m2）。可按下式计算：,m2（45）,式中：q热流密度（kWm2），其经验数据可按表42所列推荐值选取。,四、冷凝器的热力分析,凝结的形式有两种：膜状凝结与珠状凝结。制冷剂在冷凝器的凝结，一般都是膜状凝结。从换热效果看，以珠状凝结为好。,1影响制冷剂侧蒸气 凝结放热的因素,制冷剂蒸气的流速和流向的影响,传热壁面粗糙度的影响,制冷剂蒸气中含空气或其它不凝性气体的影响,制冷剂蒸气中含油对凝结放热的影响,冷凝器构造型式的影响,2.影响冷却介
7、质侧放热的因素,冷却介质的性质,冷却水或空气的流速影响,冷却介质的洁净程度,五、清除和预防冷凝器结水垢的方法,1机械除垢法 2酸洗法,第二节 蒸发器,蒸发器是制冷系统中的另一种换热器。对制冷系统而言，它是从系统外吸热的换热器。蒸发器的作用是利用液态制冷剂在低压下沸腾，转变为蒸气并吸收被冷却物体或介质的热量，达到制冷目的。因此蒸发器是制冷系统中制取冷量和输出冷量的设备。,冰箱蒸发器,一、蒸发器的分类,冷却液体载冷剂,冷却空气或其他气体,按被冷却介质的不同分,满液式,非满液式（干式）,循环式,喷淋式,按被供液方式的不同分,满液式卧式壳管式工作流程 制冷剂走壳管间供液入壳底，液面高 0.70.8D，
8、液面有沸腾泡沫 载冷剂走管束内同侧水平进出,图416 氨卧式蒸发器结构,返回,水箱型（沉浸式）蒸发器,直管式蒸发器,螺旋管式蒸发器,蛇管（盘管）式蒸发器,图419 直管式蒸发器a）直管式蒸发器 b）螺旋管式蒸发器 c）制冷剂循环流动情况1载冷剂容器 2搅拌器 3直管或螺旋管蒸发器4集油器 5气液分离器,返回,图420 氟蛇管（盘管）式蒸发器1水箱 2蛇形管组 3制冷剂液体分配器 4蒸汽集管 5搅拌器,干 式 蒸 发 器,图422 冷却强制运动空气的蒸发器,干式壳管蒸发器 Closed Shell-tube Dry Expansion Evaporator,图418 氟壳管式干式蒸发器a）直管式
9、 b）U形管式1管壳 2放水管 3制冷剂进口管 4右端盖5制冷剂蒸气出口管 6载冷剂进口管 7传热管8折流管 9载冷剂出口管 10左端盖,冷风机由空气冷却器和通风机组成，它是强迫对流式的蒸发器。其传热系数比普通盘管大46倍，结构紧凑，安装方便，冷库降温速度快，库内温度分布均匀，并可采用电热融霜，融霜简便并易于实现自动控制，所以使用日趋普遍。高温伙食库和冷藏舱、冷藏集装箱等普遍采用。冷风机有使食品干耗大、蓄冷能力小，结霜严重时会堵塞冷风气流等缺点，而且风机还会增加热负荷(在保温期间约占热负荷的20%30%)。冷风机的空气冷却器各蛇形管均采用并联形式，以保证制冷剂进人空气冷却器的压降所对应的饱和温
10、度差不超过45。,冷风机,冷风机Fanned Air Cooler：用于各种冷库,2.蒸发器的性质,蒸发器的制冷量:,单位时间的吸热量。,蒸发器工作时的制冷量大致与传热温差成正比。设计时增大传热温差，即可在制冷量一定的情况下缩小蒸发器的尺寸，但这需降低蒸发温度，会导致制冷装置的制冷系数下降。因此，在设计时总是将蒸发器的传热温差选在一个合适的范围内。一般冷风机、蒸发盘管取510，冷却液体的蒸发器则氨取5，氟利昂取610。,运行中的蒸发器导致其性能降低的原因：1.冷剂供液不足：(这时过热段延长，过热段传热系数要小得多，可视为A下降)、结霜严重或风速降低(相当于K降低)等，这时蒸发器性能曲线由Z1变
11、为Z2，工况点由1变为2，则相应的蒸发温度t02(蒸发压力p02)变低，制冷量Q02变小。2.设计时蒸发器面积太小或单机多库中部分库停用：也会有同样影响。3.使用中压缩机性能下降(包括选得太小或减缸运行等)：其性能曲线由C变为C，则工况点1移至1，则装置蒸发温度(蒸发压力)提高，但制冷量也会下降。正常工作时随库温由tr降为tr蒸发器性能曲线和工况点左移，则蒸发温度(蒸发压力)和制冷量也会降低,Q0,t0(p0),tr,1,Z1(蒸发器),C(压缩机),库温降低tr,三、蒸发器的选择和计算,1蒸发器的选型 蒸发器型式的选择，主要是从生产工艺和供冷方式来考虑。对于自带冷源的空气调节机组，应采用翅片
12、式蒸发器；对于不挥发载冷剂的开式循环系统，如集中喷雾式空调冷水系统，可采用水箱型（沉浸式）蒸发器，对具有挥发性的载冷剂循环系统，或采用闭式循环的集中空调冷水系统，应采用卧式壳管式蒸发器。蒸发器型式的选择，可参照表46及本节介绍的蒸发器型式。,2蒸发器选择计算 蒸发器的选择计算包括确定蒸发器的传热面积，载冷剂流量等。,蒸发器传热面积的确定：,1）制冷量Qo。制冷量即蒸发器的热负荷，一般是给定的，也可根据生产工艺或空调负荷进行计算，或根据制冷压缩机的制冷量来确定，同时应考虑到冷损耗和裕度等。,2）蒸发器的传热系数K（kW/m2）和热流密度qf。蒸发器的传热系数K可按传热学公式进行计算，或按蒸发器生
13、产厂提供的资料进行选取，作为初步估算也可采用经实际验证的推荐数值。各种蒸发器的传热系数K和热流密度qf（kW/m2）的推荐值见表47。,3）传热温差tm。可按下式计算：,（411）,式中：t1载冷剂进口温度，；t2载冷剂出口温度，；to蒸发温度，。tm或按表47选取。,4）传热面积A（m2）。可按下式计算：,m2（412）,式中：qf热流密度，kWm2，其经验数据可按表47所列推荐值选取。,四、蒸发器的热力分析,沸腾有两种形式：泡状沸腾和膜状沸腾，从传热效果看，膜状沸腾较好。制冷装置中蒸发器内的温差不大，因此制冷剂液体的沸腾总处于泡状沸腾。,第三节 板式热交换器的应用,板式换热器的优点：结构紧
14、凑、体积小、重量大约只有相同传热面积的壳管式换热器的25，因此便于运输和安装；板式换热器的当量直径小。；制冷剂充注量小，大约只需壳管式换热器的2040；换热面积可通过改变板片数目任意调节；适应性强，可作冷凝器、蒸发器或冷却器使用；可靠性高；工艺过程简单，适合于批量生产。板式换热器也有一定缺点：板片制造要求高，造价较高；板片之间间隙较小，冷却水中如有杂质存在易堵塞，因此对水质要求较高。,板式换热器按板片的型式可分为,板片式换热器,螺旋式换热器,板翅式换热器,第四节 其它制冷热交换器,一、中间冷却器 在两级或多级压缩系统中，设置中间冷却器，用来冷却低压级压缩机的排气，还对进入蒸发器的制冷剂液体进行
15、过冷，以提高低压级压缩机的制冷量和减少节流损失，同时对低压级压缩机的排气也起着油分离器作用。,氨中间冷却器,氟中间冷却器,图425 氨中间冷却器 图426 氟中间冷却器,二、回热器,回热式换热器，可简称为回热器，用于卤代烃制冷循环系统。通过回热式换热器间壁，造成高压制冷剂液体与低压制冷剂气体的换热，实现液体制冷剂过冷、气体制冷剂的过热，提高制冷效率，并保证压缩机运行的安全。回热式换热器的结构多采用壳盘管式。,a）b）图427 壳盘管式回热器基本结构,三、蒸发冷凝器,蒸发冷凝器用于复叠式制冷系统中。高温侧的制冷剂在其中气化吸热，低温侧的制冷剂在其中放热冷凝，故称为蒸发冷凝器。,立式壳管式,立或卧式盘管式,套管式,光管式,低螺纹翅片管,高效换热管,波纹管,繞片管,双金属轧片式,绕簧式,
